3.2.1. Общие сведения

В пищевой промышленности ферментацию применяют главным образом для получения молочных продуктов. В сквашивании мо­лока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии; лактоза при этом превращается в молочную кислоту. Путем использования иных реакций, которые сопутствуют глав­ному процессу или идут при последующей обработке, получают и другие продукты переработки молока. Среди них — пахта, сметана, йогурт и сыр. Свойства конечного продукта зависят при этом от характера и интенсивности реакций ферментации. Те реакции, которые сопутствуют основному процессу образования молочной кислоты, и определяют обычно особые свойства про­дуктов. Так, именно вторичные реакции ферментации, идущие при созревании сыров, определяют вкус отдельных их сортов. В некоторых таких реакциях принимают участие пептиды, ами­нокислоты и жирные кислоты, присутствующие в продуктах.

В молоке при ферментации могут протекать шесть основных реакций, и в результате образуются молочная, пропионовая или  лимонная кислота, спирт, масляная кислота или же происходит колиформное газообразование. Главная из этих реакций — об­разование молочной кислоты. На ней основаны все способы ферментации (сквашивания) молока. Лактоза молока гидролизуется при этом с образованием галактозы и глюкозы. Обычно галактоза превращается в глюкозу еще до сквашивания. Имею­щиеся в молоке бактерии преобразуют глюкозу в молочную кис­лоту. Образование сгустка казеина происходит в изоэлектрической точке этого белка (pH 4,6) под действием молочной кисло­ты. Этот процесс лежит в основе сыроварения (разд. 3.2.2).

При производстве швейцарского сыра ключевую роль играет маслянокислое брожение с образованием углекислого газа. ’ Именно оно обусловливает своеобразный вкус (букет) этих сы­ров и образование глазков. Характерный вкус пахты, сметаны и сливочного сыра формируется в результате лимоннокислого брожения. Он складывается из составляющих вкусов диацетила, пропионовой и уксусной кислот и других близких к ним соеди­нений.

Молочные продукты, полученные на основе спиртового брожения, мало известны в Европе и Америке. Такой тип броже­ния нашел применение при переработке молока в России, но при производстве других продуктов он считается нежелательным. Юбычно рост вызывающих его дрожжей (Torula) стараются подавить. Нежелательны также маслянокислое брожение и коли­формное газообразование.

Различные процессы ферментации молока проводят сегодня а контролируемых условиях. В течение многих прошедших тысячелетий они осуществлялись при участии бактерий, исходно присутствующих в молоке. В наше время для этого используют разнообразные закваски, позволяющие получать молочные про­дукты нужного качества и типа. Применяющиеся при этом культуры живых бактерий могут представлять либо один какой-то штамм определенного вида (культуры моноштаммов), либо не­сколько штамов и/или видов (многоштаммовые или смешанные культуры). Коммерческие культуры-закваски состоят из бактерий, образующих молочную кислоту и пахучие вещества. 

Таблица 3.2. Функциональная роль некоторых бактерий, используемых при переработке молока

В табл. 3.2 перечислены некоторые виды бактерий, используемые при производстве молочных продуктов методом фермен­тации, и указана их роль в этих процессах, а также продукты,, получаемые с их помощью. Выбор и состав используемых ком­бинаций из этих штаммов и видов бактерий определяются же­лаемыми свойствами и условиями получения продуктов, напри­мер скоростью образования молочной кислоты.

Последующие разделы посвящены разнообразным молочным продуктам, вырабатываемым путем ферментации, рассмотрению' способов их производства и возможных путей их усовершенст­вования.

3.2.2. Сыр

Сыроварение — один из древнейших процессов, основанных на ферментации. При производстве сыра сохраняется питательная: ценность молока. Сыр упоминается в книгах писателей Древней Греции и Рима. Всего лишь несколько его сортов было получе­но «по плану», большинство же — результат счастливой слу­чайности. Известны самые разнообразные сыры — от очень мяг­ких до твердых. Различие между ними определяется тем, что все натуральные мягкие сыры содержат много воды, 50—60%,  а твердые — всего лишь 13—34%. Хотя свойства сыров чрезвы­чайно разнообразны, в процессе выработки всех их есть много­общего. Первый этап — это подготовка культуры молочнокис­лых бактерий и засев ею молока. Затем молоко створаживают,. Для чего обычно применяют фермент реннин. После отделения:
водянистой жидкости (сыворотки) полученную творожистую массу подвергают термообработке и прессуют в формах. Далее сгусток солят и ставят на созревание.

Инокуляция

В прошлом сыроделы полагались на бактерии, имеющиеся в натуральном молоке. Присутствие в нем как нужных, так и не­желательных микробов приводило к тому, что разные партии сыра отличались друг от друга.

В наши дни в сыроварении предпочитают использовать мо­локо с минимальным количеством бактерий и применяют за­кваски, содержащие различные микроорганизмы в пропорции, обеспечивающей наилучшее качество. Набор бактерий опреде­ляется температурой термообработки (табл. 3.3).

Таблица 3.3. Закваски, используемые при разных температурах обработки сгустка при производстве сыра.

Существуют три причины, по которым образование молочной кислоты так важно в сыроварении: 1) она способствует образо­ванию сгустка при добавлении реннина; 2) уменьшает объем сгустка, что облегчает отделение сыворотки; 3) молочная кис­лота препятствует развитию нежелательных микроорганизмов в ходе производства и при созревании сыра; 4) она влияет на эластичность сгустка и способствует слипанию и затвердению •творожистой массы; 5) сказывается на характере и выражен­ности ферментативных превращений в ходе созревания, участву­ет в формировании вкусового букета сыра.

При производстве конкретных сортов сыра скорость образо­вания кислоты зависит от применения определенных заквасок. Новинка в этой области — концентрированные, глубоко заморо­женные или лиофильно высушенные закваски, которые сырова­ры добавляют прямо в молоко. При получении сухих заквасок главная сложность — не повредить клетки. Состав заквасок со временем меняется. В 60-х годах использовали закваски на ос­нове молока и фосфатного буфера, а затем — на основе сыво­ротки. Потом стали применять сильно забуференные среды, что предотвращало падение pH ниже 5,2. Предложено также ис­пользовать большие объемы заквасок с контролируемыми свой­ствами, что позволяет поддерживать pH на уровне 6,2.

Створаживание

После внесения закваски для формирования сгустка и сыворот­ки обычно добавляют сычуг. Роль последнего заключается в превращении жидкого молока в гель (сгусток). Если этот экст­ракт сычуга не применяется, то получают творожистую массу параказеината кальция. Различие между двумя этими способа­ми створаживания молока в том, что без сычуга оно занимает до 16 ч, а с ним — всего 15—30 мин. Время, проходящее от мо­мента добавления закваски до внесения сычуга, называется вре­менем созревания молока (до 60 мин в зависимости от сорта сыра). За этот период бактерии успевают выработать достаточ­но кислоты, чтобы активировать реннин.

Сычуг, применяемый в снповарении, — это часть желудка те­лят. В последние двадцать лет ввиду нехватки этого сырья были предприняты поиски его заменителей. Функции реннина могут выполнять большинство протеиназ, однако реннин помимо ство­раживания молока участвует и в протеолизе, происходящем в сыре при созревании. Любой заменитель сычуга должен, кроме створаживания молока, обеспечивать и эту реакцию. Большин­ство известных заменителей реннина обладают большей, чем у сычуга, протеолитической активностью при равной способности к створаживанию. Такая избыточная активность может умень­шать выход сыра и содержание в нем жиров. Кроме того, неко­торые продукты протеолиза искажают вкус готового сыра. Так, горечь сыра определяется некоторыми пептидами, образующи­мися в сырах при длительной выдержке. Быстро созревающие и плесневые сыры менее подвержены порче: возможно, в ходе созревания протеолиз заходит не слишком далеко. Многие про­теиназы могут створаживать молоко, и поиск возможных заме­нителей сычуга вели именно среди протеиназ растений, живот­ных, бактерий и грибов. Как выяснилось, большинство препара­тов-коагулянтов из растений обладает слишком большой про­теолитической активностью. Наилучшие заменители были полу­чены из микробов; они в достаточном количестве поступают на рынок в Америке и Европе.

Два заменителя сычуга, которые сегодня предлагаются по­ставщиками, получают довольно сложным путем из плесневого гриба Mucor miehei. Эти заменители считаются более подходящими для производства большинства сыров, чем аналогичные вещества из M. pusillus. В США 60% сыра выделывают с по­мощью коагулянтов из микробов. Будущее этой отрасли связано с применением методов генетической инженерии: реннин будут синтезировать бактерии. Эта проблема освещена в обзоре Грина (Green, 1977).

Термообработка и прессование

После коагуляции сгустки измельчают, что способствует пол­ному отделению сыворотки. Затем эту смесь определенное время нагревают. После термообработки отделяют сыворотку и созда­ют условия для накопления молочной кислоты, меняющей хи­мический состав массы. В ходе этой операции, как и при после­дующих обработках, создается характерная текстура (строение массы) сыра. Затем проводят посол и прессование, а также иную, если требуется, особую обработку.

Такая особая обработка нужна при производстве отдельных сортов сыра и заключается в следующем: 1) заражении спора­ми голубых плесневых грибов при производстве рокфора и го­лубых сыров; 2) нанесении на поверхность спор белых плесне­вых грибов при производстве камамбера и бри; 3) нанесение бактерий, нужных для созревания некоторых сыров (Port Salut, St. Paulin). Примером таких бактерий поверхностного созрева­ния является Brevibacterium linens.

Созревание

Если необходимо, на следующем этапе сыры отправляют на созревание или выдержку. К этой группе сыров относятся чед­дер и швейцарский; сливочные сыры не выдерживают. Созре­вание происходит в специальных помещениях с контролируемой температурой и длится до четырех лет. В зависимости от сорта сыра температура созревания варьирует от 2 до 16⁰C. Микро­организмы и ферменты в ходе этого процесса гидролизуют жи­ры, белки и некоторые другие вещества молодого сыра. В ре­зультате их распада образуются вещества, придающие сырам характерный вкус. Поскольку процесс этот длительный, сокра­щение его экономически выгодно. Большинство способов уско­рения созревания основано на увеличении скорости фермента­тивного превращения белков или жиров сыра. Сыры с резким вкусом типа Danish Blue изготавливать проще, чем с более тонким. Еще сложнее получать ускоренным методом чеддер. Чтобы добиться естественного сочетания обеспечивающих вкус веществ, необходимо тщательно подобрать ферменты, добавляе­мые к исходному продукту. Ранее мы уже говорили об образовании пептидов бактериями закваски. Эти пептиды могут при­дать сыру нежелательную горечь, портящую его вкус. Добавле­ние протеиназ приведет к нужному результату лишь при определенном уровне активности, иначе пострадает вкус сыра.

 Можно надеяться, что эту проблему удастся решить с помощью новых микробных пептидаз. Обнадеживающие результаты по­лучены с одной из протеиназ Bacillus subtilis, нейтразой. Для сыров со средней интенсивностью вкуса время созревания было  сокращено с четырех до двух месяцев, а для сыров с полным вкусом — с двадцати до шести. Если фермента добавить в ме­ру, горечь не появляется. Нейтраза удобна и тем, что если сыр выдерживать при 6 °C, то скорость созревания становится такой  же, как у сыра без добавки, что при неожиданном падении спроса на сыр дает большие преимущества. Влияние липаз на созревание менее определенно, хотя указывалось, что они уско­ряют его при производстве чеддера. При использовании ферментов, добавляемых к молоку, часть их теряется с сывороткой при отделении ее от сгустка. Это невыгодно и, кроме того, на­личие ферментов в сыворотке затрудняет ее продажу. Для ре­шения этих проблем предложено использовать ферменты, заключенные в микрокапсулы. Это один из возможных путей.

Уменьшить время производства и созревания можно, исполь­зуя молоко с гидролизованной лактозой. Гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы осуществляется р-галактозидазой (лактазой). Для этого в сырое молоко добавляют S. Iactis; при этом лактоза гидролизуется на 70%. Ускорение производства и созре­вания сыра происходит, видимо, в результате стимулирующего влияния глюкозы на рост и образование кислоты бактериями закваски. Впрочем, ряд ученых иначе трактует влияние молока с гидролизованной лактозой. Некоторые из них считают, что, хотя глюкоза и стимулирует рост бактерий закваски, она не ускоряет созревания. Механизм действия молока с гидролизован­ной лактозой не выяснен, но известно, что сыры, полученные на этой основе, действительно созревают быстрее. Если этот меха­низм станет нам известен, его можно будет с пониманием использовать на практике.

Ускорить созревание можно еще одним способом — увеличив количество бактерий в закваске. При этом содержание протеи­наз и пептидаз будет выше, что и приведет к ускорению созре­вания. Важно, что скорость накопления кислоты останется прежней, а при производстве определенных сыров это имеет большое значение. Сегодня для предотвращения излишнего на­копления кислоты генетически обусловленные свойства бакте­рий заквасок изменяют методами теплового шока, сенсибилиза­ции и обработкой растворителями. Некоторые мутантные фор­мы бактерий образуют больше протеазы или липазы на фоне обычного количества кислоты. Использование заквасок на основе таких мутантов приводит к более быстрому созреванию; начальные этапы процесса при этом не меняются. Когда гене­тика бактерий закваски получит должное развитие, мы сможем создавать микроорганизмы для определенных целей. Главное преимущество здесь в том, что в отличие от ферментов моди­фицированные закваски — это естественный компонент системы. В табл. 3.4 приведены примеры использования ферментных добавок для ускорения созревания сыров. Более подробные све­дения содержатся в специальной литературе.

Таблица 3.4. Примеры использования ферментных добавок для ускорения созревания сыров (Law, 1980).

Сыворотка

Сыворотка — это побочный продукт сыроварения; вкратце об ₁ этом уже говорилось ранее. Не так давно ее относили к отходам промышленности, но в последнее время в этой области намети­лись изменения: все популярнее становится использование сы­воротки для производства подсластителей при помощи лактазы. ’ В Англии получаемые при этом глюкозу и галактозу предпола­гается использовать в хлебопечении, кондитерской промышлен­ности и для производства мороженого. Лактазу получают из Aspergillus tιiger. Получение сахаров из сыворотки налажено ι как в США (Corning∕Kroger), так и в Англии (Corning/Dairy Crest).

3.2.3. Йогурт

Это один из древнейших продуктов, получаемых путем фермен­тации. После термообработки молоко заквашивают добавлени­ем 2—3% закваски йогурта. Главную роль здесь играют бакте­рии Streptococcus thermophillus и Lactobacillus bulgaricus. Для получения желаемой консистенции продукта, вкуса и запаха эти организмы должны содержаться в культуре приблизительно в равных количествах. Кислоту в начале заквашивания обра­зует в основном S. thermophillus. Смешанные закваски нужно часто обновлять, поскольку повторные пересевы неблагоприят­но сказываются на соотношении видов и штаммов бактерий: в них начинает доминировать L. bulgaricus.

3.2.4. Масло

Из молочных продуктов проще всего получать масло. В зави­симости от сорта производимого масла используют сливки с концентрацией от 30—32 до 30—40%. При их сбивании эмуль­сия масла в воде превращается в эмульсию воды в масле.

При производстве масла для улучшения вкуса и лучшей со­хранности используют особые культуры бактерий. Улучшение вкуса было достигнуто путем создания специальных штаммов бактерий, отобранных по способности синтезировать нужные вещества, влияющие на вкус. Первыми для этой цели были ис­пользованы штаммы Streptococcus Iactis и близких видов, а за­тем — смешанные культуры, включающие Streptococcus Iactis, Leuconostoc Citrovorum и L. dextranicum.

Помимо улучшения вкуса, таким путем удается устранить некоторые нежелательные привкусы. Перспективный способ до­работки масла основан на добавлении липаз. Внедрение его позволит пускать масло в продажу непосредственно из масло­бойки.

3.2.5. Сброженная пахта

Сброженный продукт получают из свежей пахты, а чаще из снятого молока путем добавления закваски, используемой при производстве масла. Эта закваска представляет собой смесь молочнокислых стрептококков (S. Iactis или S. cremoris) и об­разующих ароматические вещества бактерий (L. Citrovorum и L. dextranicum). И те и другие бактерии нужны для формиро­вания полноценного вкуса и запаха пахты; стрептококки при этом доминируют. Роль молочнокислых стрептококков в заквас­ке заключается в образовании молочной кислоты (она дает желаемых кисловатый вкус), свертывании молока и снижении pH до значений, при которых образующие ароматические ве­щества бактерии синтезируют наибольшее количество летучих кислот.

3.2.6. Сметана

Ее готовят почти так же, как сброженную пахту. К сливкам добавляют 0,5—1% закваски, используемой при производстве масла. Далее продукт выдерживают, пока концентрация кисло­ты не достигнет 0,6%.

3.2.7. Новые продукты

Известно, что некоторые люди не переносят лактозу; для них можно выпускать молоко, обработанное галактозидазой — ферментом, который уменьшает содержание лактозы. Для этой цели нужно разработать недорогой промышленный способ про­изводства такого молока. р-Галактозидазу получают из дрож­жей, плесеней и бактерий.